概要 Tutorial TU0106 (v1.6) April 20, 2008 このチュートリアルでは アナログフィルタデザインの回路図を作成して 回路シミュレーションをセットアップします 設定 解析の実行 を回路図上で行い 結果を波形アナライザで表示するまでをカバーします このチュートリアルでは

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1 概要 Tutorial TU0106 (v1.6) April 20, 2008 このチュートリアルでは アナログフィルタデザインの回路図を作成して 回路シミュレーションをセットアップします 設定 解析の実行 を回路図上で行い 結果を波形アナライザで表示するまでをカバーします このチュートリアルでは 回路シミュレーション解析を実行するために回路図を作成することから始めます 最初に新規プロジェクトファイルを作成してからブランクの新規回路図シートを追加します 新規プロジェクトの作成 PCB : 1. File» New» Project» PCB Project Files New Blank Project (PCB) Files Altium Designer Home Page (View» Home) Pick a Task Printed Circuit Board Design New Blank PCB Project 2. Projects PCB Project1.PrjPCB No Documents Added 3. File» Save Project As.PrjPCB Filter.PrjPCB Save 次に空のプロジェクトファイルに追加する回路図を作成します この回路図は フィルタ回路になります Examples\Circuit Simulation\Filter Filter.PrjPCB 新規回路図シートの作成 : 1. File» New» Schematic Sheet1.SchDoc Projects Source Documents 2. File» Save As.SchDoc Filter.SchDoc Save TU0106 (v1.6) April 20,

2 回路図の作成 1.Filter.SchDoc Before we can run a simulation, the schematic must contain components with SIM models attached, voltage sources to power the filter, an excitation source, a ground reference for the simulations and some net labels on the points of the circuit where we wish to view waveforms. SIM チュートリアルのこの項目では コンポーネントを配置し それらの属性を設定してからワイヤを接続します 1.Filter.SchDoc コンポーネント配置とライブラリの読み込み LF411CN 1. Libraries Libraries 2.Libraries Search Tools» Find Component Libraries Searchs 3.Scope Libraries on Path Path C:\Program Files\Altium Designer\Library\ 必要ならば フォルダアイコンをクリックし ライブラリフォルダを確認します Include Subdirectories 4. LF411 Libraries Search *LF411* *( アスタリスク ) 5. Search Librarie NSC Operational Amplifier.IntLib 2 TU0106 (v1.6) April 20, 2008

3 シミュレーション用コンポーネントの配置 U Libraries Components LF411CN Place LF411CN あるいは コンポーネント名をダブルクリックします 2. Confirm 3. Yes オペアンプのシンボルがカーソル上に現れます 今は 部品の配置モードになっています 4. 回路図に部品を配置する前に まず その属性を編集します TAB Component Properties 5. Properties Designator U1 6. SIM このチュートリアルでは 回路シミュレーション用の推奨モデルが既に含まれている統合ライブラリを使用します Component Properties Models LF411_NSC Edit SIM Model General / Generic Editor 7. NSC Operational Amplifier.IntLib TU0106 (v1.6) April 20,

4 Model File もし モデルファイルが見つからない場合は エラーメッセージがこのタブに表示されます Altium Designer Spice 3F5 PSpice. 8. Netlist Template Netlist Template Netlist Preview OK これで回路図シートにオペアンプを配置する準備ができました 9. 1 U1 Y ENTER 10. ESC SIM.ckt.mdl SPICE Library 正しい拡張子をそれぞれのモデルタイプに使用してください SPICE.subckt *.ckt SPICE.model *.mdl Model Name SIM : 1. Libraries Search Libraries Search 2. : HasModel('SIM','*',False) Search 更に クエリにより詳細な情報を追加することにより 検索範囲を狭くすることができます 例えば LF411 に関するモデルだけを検索するには 次のクエリを使用します : HasModel('SIM','*LF411*',False) Query Helper Libraries Search Helper 3. Libraries 既に統合ライブラリのコンポーネントに供給されているモデルではなく その他のモデルをデザインで使用したい場合があるかもしれません この場合 メーカーから入手したモデルファイルをデザインのプロジェクトファイルにコピーすることをお薦めします : 1..Intlib File» Open 2. 出力フォルダ ( 統合ライブラリを開いた時に作成されたフォルダ ) からプロジェクトを含むフォルダに モデルファイルをコピーします Sim Altium Designer がインストールされている場所の Examples\Circuit Simulation\Filter SPICE LF411C.ckt 1. LF411C.ckt Windows 2. Projects Filter.PrjPCB Add Existing to Project Open SPICE 4 TU0106 (v1.6) April 20, 2008

5 LF411C.ckt Projects Libraries\AdvancedSim Sub-Circuits これで回路図内のコンポーネントへモデルを追加することができます もし 必要ならば回路図ライブラリのこのコンポーネントへモデルを追加することもできます 3. (U1) Component Properties Models SIM SIM Remove Confirm Yes 4. Models List Add Add New Model 5. Model Type Simulation OK SIM Model General / Generic Editor 6. Model Sub-Kind Spice Subcircuit Spice Prefix X Model Location Model Sub-Kind 7. Model Name LF411C Model Location Any Altium Designer 統合ライブラリに関連付けられていないモデルについては プロジェクトに追加したモデルファイルを検索します 更に Options for Project ダイアログ (Project» Project Options) の Search Paths タブ内で設定されている Search Paths で見つかったモデルファイルを検索します project LF411C.ckt Model File Messages 8. 最後の段階は 新しいモデルが回路図コンポーネントのピン番号と一致しているかピンマッピングを確認することです SIM Model General / Spice Subcircuit Port Map 9. Model Pin SIM LF411_NSC TU0106 (v1.6) April 20,

6 Netlist Template 1, 2, 3, 4, 5 Model File.SUBCKT これらの番号は このモデルファイルでの設定で 他のモデルでは同じように一致するとは限りません Port Map Model Pin 1(1), 2(2), 3(3), 4(4), 5(5), Netlist Template %1, %2, サブサーキットヘッダー内の実際の番号は 重要ではありません 重要なのは Spice ネットリストに表示される接続の順番です.SUBCKT Non-Inverting Input (IN+) Inverting Input (IN-) Positive Power Supply (V+) Negative Power Supply (V-) Output (OUT) Original pin mapping ネットリストヘッダーは 各ピンの機能について記述されています それらを適切な回路図ピンにリンクさせる為にこの情報を使用します : 1(1) + input (Non-Inverting Input) 3(IN+) また 5(5) は Output ですので 回路図ピン 6(OUT) にリンクさせます 10. OK Filter Modified pin mapping 6 TU0106 (v1.6) April 20, 2008

7 シミュレーション用の抵抗の設定 2 1. Libraries Miscellaneous Devices.IntLib 2. res1 3. RES1 Place カーソル上に抵抗のシンボルが表示されます 4. TAB Properties Designator R1 5. 抵抗のパラメータの項目を設定します 設定は 回路図上に表示され このチュートリアルの後半で回路シミュレーションを実行する時に使用します Value Value Add Parameter Properties Name Value Value 100k String Value Visible OK 6. Properties Comment =Value Visible Altium Designer Comment Value Comment 2 2 PCB 7. Models SIM RESISTOR Models Edit Sim Model General/Resistor Value Netlist Template Value OK Component Properties OK 8. 1 ENTER 9. R2 そのまま続けて配置すると デジグネータは自動でインクリメントされます 10. ESC TU0106 (v1.6) April 20,

8 シミュレーション用のコンデンサの設定 2 1. Libraries Miscellaneous Devices.IntLib Libraries cap CAP Place 2. TAB Component Properties Properties Designator C1 3. Value Value 112pF String Value Visible 4. Properties Comment =Value Visible 5. Models SIM CAP Models Edit Sim Model General/Capacitor Value Value 6. OK をクリックして Component Propertiess に戻ります OK 7. 2 C2 56pF Value 8. ESC 電源の追加 シミュレーションを行う時に必要である デザインに供給する電源を追加します 1. VDD Libraries VSRC Available Libraries Simulation Sources.IntLib Altium Designer Library\ Simulation TAB 2. Component Properties Models SIM VSRC Edit Sim Model Voltage Source/DC Source Model Kind Voltage Source Model Sub-Kind DC Source 3. Parameters Value 5V Component Parameter Component Properties Value 0 OK 回路図上でクリックし この電源を配置します ESC 8 TU0106 (v1.6) April 20, 2008

9 4. Value -5V VSS 5. Simulation Sources.IntLib Sinusoidal Voltage Source VSIN TAB 1KHz 50KHz Component Properties Models SIM VSIN Edit Sim Model Voltage Source / Sinusoidal Model Kind Voltage Source Model Sub-Kind Sinusoidal 6. Parameters Sim Model Voltage Source / Sinusoidal Netlist Template Netlist Preview OK ESC 7. [ Ctrl + S] パワーポートの追加 1 Filter 1. Place» Power Port TAB Power Port 2. VSS Style Bar OK ENTER 配置中にポートを回転するには スペースバーを使用します 3. パワーポートの配置を続けます (VIN VDD VSS) Style Power Ground Net GND OUT Net OUT Style Circle 4. ESC View» Toolbars» Utilities TU0106 (v1.6) April 20,

10 回路の配線 配線は 回路の様々なコンポーネント間の接続を作成する作業です 1 1. Place» Wire [ P, W] Wiring Tools Wire 回路図の配線 TU0117 PCB 設計入門 2. ESC ネットとネットラベル シミュレーションを実行する為の最後の操作は 表示したい信号を容易に確認できるように回路上の適切な場所にネットラベルを配置することです IN OUT OUT OUT IN 1 : 1. Place» Net Label [ P, N] TAB クリックしてネットラベルを配置します ネットラベルの配置 TU0117 PCB 設計入門 2. ESC 3. File» Save [ F, S]Projects Save Project プロジェクトのコンパイル プロジェクトのコンパイルは デザインドキュメントの描画や電気的なルールエラーを確認します Options for Project Project» Project Options Error Checking Connection Matrix 1. Filter Project» Compile PCB Project 2. Messages エラーがある場合は 回路を見直し すべての配線や接続が正しいか確認してください 解析の設定 Altium Designer Filter Simulate Mixed Sim View» Toolbars» Mixed Sim 1. Filter.SchDoc Design» Simulate» Mix Sim Mixed Sim Setup Analyses Setup General Setup Messages Analyses Setup Setup Messages すべてのシミュレーションのオプションは ここで設定します シミュレーションの範囲 ( ネットリストを出力するシート ) やシミュレーションが完了する時に自動で表示される信号 (Active Signals) シミュレーションで実行したい解析形式を含みます SPICE (*.nsx) 2. 最初に計測したい回路のノードを設定します Collect Data For Node Voltage, Supply Current, Device Current and Power このオプションでは シミュレーションを実行中に計算したいデータの形式を定義します すなわち 各ノードでの電圧 各電源の電流と各デバイス電流 電力のデータが保存されます SimView Setup Show Active Signals 10 TU0106 (v1.6) April 20, 2008

11 3. Available Signals IN OUT Active Signals SHIFT CTRL Available Signals > Active Signals Active Signals F1 4. Analyses/Options Analyses Setup 各解析の設定ページをアクティブにするには 解析名をクリックしてください 過渡 / フーリエ解析の設定, Use Initial Conditions DC DC.IC 50KHz 6 60u 1. Analyses Setup Transient/Fourier Transient/Fourier Analysis Setup Analyses/Options Transient/Fourier Analysis 2. Use Transient Defaults これで過渡解析パラメータを変更することができます 3. 60u Transient Stop Time 60u 4. Transient Step Time 100n 100ns 5. シミュレーション中の実際のタイムステップは 収束と必要な精度を満たす為に自動で変更されます Maximum Step Transient Max Step Time 200n TU0106 (v1.6) April 20,

12 AC AC AC AC SIM AC Magnitude AC 1 AC Magnitude VSIN 1. Analyses Setup AC Small Signal Analysis オプション 2. 上図のようにパラメータ値を入力します 3. DC Test Points Sweep Type シミュレーションの実行 これで設定を有効にした解析を実行する準備ができました Analyses Setup Mixed Sim Run Mixed Signal Simulation 1. Analyses Setup OK SPICE Messages 次に進む前にエラーを修正してください 2. SPICE *.nsx ネットリストは シミュレーションが実行される度に再生成されることに注意してください 3. *.sdf SimData DC Waveform Analysis window:simdata Editor Circuit simulation:simdata Editor 4. シミュレーションが終了すると 以下の図のような出力を確認できるはずです AC 12 TU0106 (v1.6) April 20, 2008

13 動作点解析過渡解析波形 Sim Data Using the Waveform Analysis Window 波形表示とパネルの操作は両方のツールで同じ画面を使用します ボードプロットの作成 2 Y db X Log 10 Edit Waveform Waveform 1. AC Analysis db(in), db(out), PHASE(in),PHASE(out) 2. in Edit Wave Wave» Edit Wave Edit Waveform Expression 3. Complex Functions Magnitude (db) db(net_name) db(in) Create 4. db(out) Add Wave to Plot Edit Waveform Add Wave to Plot 5. 2 PHASE(in) PHASE(out) 4. Add Wave to Plot Complex Functions Phase (Deg) TU0106 (v1.6) April 20,

14 6. Edit Waveform Add to new Y axis Y Y Undo Y 計測カーソルの使用 3dB 1. DB(out) 2. Cursor A Wave» Cursor A A 3. Cursor B Wave» Cursor B Sim Data Measurement B-A = -3 B 4. Sim Data Measurement Cursors B X 3dB point = 20kHz 5. Cursor Off 14 TU0106 (v1.6) April 20, 2008

15 パラメータスイープ解析の実行 いくつか解析を設定し 実行しましたが 次に周波数応答でいくつかのコンデンサ / 抵抗の値を変更した結果を見る為にパラメータスイープを設定してみます パラメータスイープ解析は 定義した指定した範囲でデバイスの値をスイープさせます AC, DC 有効にした解析は パラメータスイープして複数回シミュレータが実行されます この解析は 基準のコンポーネントの値とモデルパラメータを変更することができますが サブサーキットデータは 解析中変更できません 1. Filter.SchDoc Design» Simulate» Mixed Sim Analyses Setup General Setup SIMView Setup Show Active Signals 2. Analyses Setup Analyses/Options Parameter Sweep Enabled 3. Primary Sweep Variable C2[capacitance] 4. Primary Start Value 20p Primary Stop Value -20p Primary Step Value -10p 5. Primary Sweep Type Relative Values Primary Start Value, Primary Stop Value, Primary Step Value 6. Enable Secondary Secondary Sweep Values Secondary Start Value -80p Secondary Stop Value 80p C1[capacitance] Primary Step Value 80p Secondary Sweep Type Relative Values 7. OK AC Analysis Transient Analysis <net_name_p<sweep_number> out_p01 out_p01 TU0106 (v1.6) April 20,

16 AC Analysis Transient Analysis Analyses Setup Advanced Options SPICE SPICE ITL1 : 1. ITL1 Value 2. Enter Def また このページから異なる積分方法を選択することができます 例えば 回路デザインに予期しない高周波の発振がある場合 標準的な積分法の Trapezoidal( 台形法 ) から Gear( ギヤ法 ) へ変更することができます 台形法は 比較的早く正確ですが ある条件下で振動する傾向があります 理論上 高次ギヤ法の方が 結果はより正確ですがシミュレーション時間が長くなる欠点があります 16 TU0106 (v1.6) April 20, 2008

17 SPICE Altium Designer SPICE : 1. (.PrjPcb) これでシミュレーションセッション中の設定情報を保存することができます 設定情報は 回路図を含むプロジェクトと同じ方法でプロジェクトファイルに保存されます P-CAD Altium Designer 2. Altium Designer Simulate» Setup <original filename>_tmp.nsx.nsx もし ネットリスト中にシミュレーション情報がある場合 シミュレーションはネットリストを変更しないで直接 実行されます これは ネットリストで直接 設定を変更したいユーザには役立ちます Analyses Setup (.nsx) Design» Netlist For Project» XSpice Mixed Sim Generate XSpice Netlist もし ネットリストにシミュレーション設定情報が無く プロジェクトに回路図ドキュメントがある場合 ネットリストは 回路図ドキュメントとプロジェクトの設定情報から再生成されます これは ネットリストから設定情報を削除してシミュレーションを行おうとした場合にのみ発生します 3. Simulate " Setup 4. Simulate Run.sdf 5. 次回シミュレーションを実行する時に上書きされないように ネットリストファイルの名称を変更してください TU0106 (v1.6) April 20,

18 更新履歴 Date Version No. Revision 9-Dec New product release 17-Feb Updated for SP2 including Libraries Search queries. 30-Jun Updated for Altium Designer SP4. 12-Dec Path references updated for Altium Designer 6 23-Jan Updated reference to PSpice model support 18-Mar Updated Page Size to A4. 20-Apr Updated path references. ソフトウェア ハードウェア 文書 および関連資料 Copyright 2008 Altium Limited.All Rights Reserved. 以下の注意書きとともに提供される文書とその情報は 様々な形による国内 海外の知的財産権の保護 - 著作権の保護を含むがそれに限定されない - が目的で す この注意書きの閲覧者には 非独占的なライセンスが付与されており このような文書とその情報を その使途について規定している使用許諾契約書 ( エンドユー ザライセンスアグリーメント ) に記載の目的のために使用することができます いかなる場合においても あなたにライセンスされた文書から あるいはその他の手段を利用 して リバースエンジニア 逆コンパイル 複製 配布 派生物の作成を行うことは 明白に規定された同意書による許諾を得ない限りできません かかる制限条項が 遵守されない場合 罰金や実刑を含む民事罰と刑事罰の対象となることがあります しかしながら バックアップの目的に限り 提供される文書のまたは情報を一個だ け記録に残し オリジナルコピーが不能の場合のみ その複製にアクセスし 利用することは許可されます Altium Altium Designer Board Insight CAMtastic CircuitStudio Design Explorer DXP Innovation Station LiveDesign NanoBoard NanoTalk OpenBus Nexar nvisage P-CAD Protel SimCode Situs TASKING Topological Autorouting およびそれぞれに対応するロゴは Altium Limited またはその子会社の商標または登録商標です 本書に記載されて いるそれ以外の登録商標や商標はそれぞれの所有者の財産であり 商標権を主張するものではありません 18 TU0106 (v1.6) April 20, 2008